在捏续高温的炎夏征象条目下欧洲杯体育，汽车芯片的老化速率彰着快于预期，这激发了东说念主们对电气化汽车经久可靠性以及先进节点芯片是否是安全关键型应用的正确遴荐的担忧。

现时，汽车中使用的许多起先进的电子开导都相宜 ASIL D 范例，瞻望可在 125°C 的温度下正常使命。 在亚利桑那州城进行的最新斟酌就讲授了这少量，该地区有 64 天日间气温逾越 110 华氏度（43.3 摄氏度），有 5 天最高气温逾越 115 华氏度（46.1 摄氏度）。 在这么的温度下，深色内饰的深色汽车车厢内的温度可接近华氏 200 度（摄氏 93 度），这与水的沸点出入无几。

IEEE 功能安全范例委员会发布的一份新白皮书指出，由于数据有限、系统中的非线性和动态互相作用以及预测时代不及，很难准确预测复杂系统在这些条目下的算作。白皮书指出："温度、湿度、振动、海拔或放射等环境要素会对系统的退化和故障产生紧要影响。将这些要素纳入RUL（剩余使用寿命）预测模子可能具有挑战性，况兼测量这些要素对系统的动态影响也可能受到礼貌"。

图：铜互连中电移动导致故障的 SEM 图像。 钝化已被去除。

Synopsys市集营销和业务开发副总裁 Steve Pateras 说："咱们有许多 OEM 客户，几年前他们告诉咱们他们莫得任何问题，也不惦记他们的硅片，因为他们平常使用的是 10 年前的时代。现时情况不再是这么了。 咱们的汽车客户现时正处于 5 纳米和 3 纳米芯片的来源地位，需要无意测量正在发生的事情，而不单是是假定会发生什么或运用昔日的教养。 因此，关于许多原始开导制造商来说，RUL 正成为一个真实的大问题。 字据阿伦尼乌斯方程（该方程用于斟酌材料在温度条目下的降解经过），以及在城夏日一定时期内的初始小时数，咱们无意斟酌硅寿命的变化。 成果很是惊东说念主。"

Pateras说，关于一个假想寿命为30年的芯片来说，环境温渡过高会使其寿命每年多减少10%，因此一年后寿命就会下落到26年。

芯片制造商相配明晰这些因征象变化而加重的趋势。 极点温度的出现愈加平常，有时可能捏续数周而不是数天。 统共这些都需要纳入芯片架构，这可能需要不同的材料、额外的余量和某种主动冷却模样。

英飞凌科技好意思洲汽车市集营销副总裁 Bill Stewart 说："有两个方面需要洽商。其一是开导的质料。 咱们的汽车芯片故障率为十亿分之六十。 因此，关于在高温下使用的部件，咱们在假想上留过剩量。 第二个方面是功能安全，以及怎么检测系统故障。 是软件故障？ 是硬件故障？ 不管是咱们的芯片照旧别东说念主的芯片，你怎么会诊并教唆操作员，这么你就不错一瘸一拐地回家，再行诞生，或者大开'检查发动机'交流灯，去找经销商。"

在复杂系统中，最弥留的是车辆中的各式部件和系统怎么与其他部件和系统互相作用。 在这种复杂进度下，看似卑不足说念的组件可能会导致统共这个词系统瘫痪。 此外，字据 ISO 26262 的要求，故障切换到其他系统可能会导致出东说念主预思的互相作用。 故障切换电路需要按照与故障部件相似的 ASIL 级别进行假想，况兼即使在相似的条目下，也需要按照预期初始。

Synaptics智能传感部门高等副总裁兼总司理 Satish Ganesan 暗意："咱们还莫得碰到过城一辆汽车上的知道屏出现故障的情况。但也有其他组件因发烧而失效。 即使其他组件出现故障，咱们的触摸组件和屏幕仍有可能正常使命。 但任何组件出现故障都可能导致系统故障。"

出问题的原因

统共这些都所以正常使命负荷为前提的。 跟着车辆中自主系统的束缚增多，处理元件的运用率可能会大幅普及。 与任何电子居品一样，更高的使用率会使电路温度升高，导致加速老化。

英飞凌科技汽车车身和信息文娱部门高等总监 Ray Notarantonio 说："当咱们对一个部件进行封闭时，咱们会制定一个任务剖面图。该任务概况包括温度、电压和其他一切。 天然，汽车在其寿命的 50%时期里都不会处于最高温度下。 这不在职务范围内。 但咱们看到，自动驾驶将窜改任务概况，因为汽车将更平常地算作并初始东说念主工智能。 这是一个弥留要素。 咱们毅力到这少量，况兼咱们从天资的角度作念了好多使命，以罕见这些任务简介。"

其他东说念主对此暗意赞同。Ansys高等应用工程师 Josh Akman 说："若是你领有一辆具有自动驾驶功能的组合电动汽车，那么它的占空比可能是 100% 。它可能会解析行驶，这与通勤车的使用量透彻不同。 现时，汽车引擎盖下基本上便是一台电脑。 要洽商的挑战还有好多，若是你要收缩到相配小的节点，比如 5 纳米或 3 纳米，那么这些东西就必须履行许多互相竞争的职责--不仅要保证热无缺性，还要保证电气和机械无缺性。 若是处置了其中一个问题，有时就会加重另一个问题。 有好多事情需要均衡。"

"洽商包装层面的互相作用，不错在某种进度上分辨老化效应和磨损效应，"Akman 说。"若是捏续高温，一个常见的问题是焊点会变得更脆。 当第一次回流焊时，你得到的是散装焊料，在封装和印刷电路板的接口处，你得到的是所谓的金属间化合物，这是焊料和印刷电路板上的东西的羼杂物。 它们在回流时互相羼杂，跟着时期的推移，跟着焊料的老化，金属间化合物层会增长，变得更脆。 因此，老化效应会产生新的潜在失效方式。 同样，若是温度出现波动，就会产生大都的热彭胀统共（CTE）不匹配问题。 不同的材料会以不同的速率彭胀和收缩，从而产期许械应力，导致不同的失效方式，不管是在封装上照旧在焊点上，致使是在 C4 凸点、倒装芯片凸点或微凸点上。 然后，你可能会在芯片级出现电移动和介电击穿，以及许多其他与温度干系的问题。"

将来的变化

处置统共这些问题莫得单一的最好践诺。Siemens EDA羼杂和杜撰系统副总裁 David Fritz 说："有一种蛮干的纪律。咱们在开导中执行装置了分析仪，它们会检测到'哦，两年前，这只需要两毫秒就能完成。 现时则需要 10 毫秒。 于是"检查发动机"的灯就亮了。 但也有另一种纪律。 我会见了中国的一家供应商，他们正在运用最新、起先进的时代将东说念主工智能应用到他们的芯片中。 它被称为Focused Transformer。 它与这些大型讲话模子所使用的是一样的东西，但它不错按比例装置到单个芯片中。 它能监测情况，细目何时出现性能下落，然后决定还能作念出哪些窜改。 因此，也许我的频率莫得达到最大值。 我可能思把这辆车的频率再普及 10 兆赫，这么就能蔓延使用寿命。 这不单是是监测。 它是决议和窜改开导功能的模样，不错蔓延开导的使用寿命。"

这与苹果公司在其 iPhone 上禁受的纪律肖似，但恰巧各异。 苹果镌汰了其应用处理器的时钟速率，以防护其因电板老化充电减少而关机。 在这种情况下，与车辆电机所需的能量比较，对电板的糜掷相对较小。

关联词，这种弹性很难经管，尤其是在复杂的系统中。 由于热梯度会导致电移动，减少电子在导线中的流动，因此并非统共芯片都会均匀老化。 在炎夏的征象条目下，这种情况变得愈加难以箝制。 天然不错使用冗余电路来遮蔽电磁插手，但在 5 纳米和 3 纳米工艺中这并不行行，因为增多电路会影响举座性能。 更灾祸的是，在这些先进的节点上，互连器件相配薄，这加重了热室中的热效应。 更薄的绝缘薄膜亦然如斯，会跟着时期的推移而剖析（随时期变化的介质击穿，或 TDDB）。

那么接下来会发生什么呢？"最能阐扬问题的是下一版 ISO 26262 范例，"Synopsys 的 Pateras 说。"一直悉力于预测性爱戴的使命组正在将其纳入范例的第三版，该使命组真实批驳的是监控和复兴才略。 它无意获得硅数据，对其进行监控，并以此来预测故障。 业界正朝着这一标的发展，在这也曾过中需要主动监控硅片，而不单是是通过其他模样建造固有的弹性。 功能安全将恒久存在，东说念主们会洽商使用各式时代。 但监控将是经管这种弹性的关键用具。"

安全问题

加速老化和高环境温度的影响远不啻单一电路。 在汽车范围，安全性和安全性可能会以独到的模样叠加。

Rambus硅 IP 居品经管高等时代总监 Scott Best 说："几年前，在 GOMACTech（政府微电路应用与关键时代会议）上有一篇论文，他们将 PUF 放入 FPGA 的可编程结构中，然后对 FPGA 进行超电压、超温度供电。"他们基本上是将其放入烤箱，进行快速老化老师。 然后，他们把 PUF 放回织物中，由于地段织物老化，无法恢收复始关键材料。"

昔日相背汇注报复最常用的纪律之一是玷污，玷污的执行是在开导中添加杂音，让东说念主更难细目芯片是怎么使命的。 问题是，东说念主工智能算法不错识别出东说念主类无法识别的杂音，这就很容易被阻断。

"我曾在一次会议上向一位客户先容电源分析侧信说念对策，"贝斯特说。"他们制作了一个噪声电路，向电源发出大都噪声。 因此，若是你测量电源，就会被这些随即噪声归拢，就看不到加密操作的特征了。 咱们的回答是，若是你进行两次测量并将它们相减，随即信号就会磨灭。 东说念主类无法不雅察到这少量，但使用一些用具和 1000 个示波器轨迹，它就能绸缪出成果。 它不会被数字或图像所招引。 '有信号，有杂音，趁便说一下，这是关键值'"。

论断

现时还不明晰电路中的热量增多是否会使电介质剖析时的信号愈加彰着，但这降服是将来要照应的一个话题。 总之，热是统共电路都会碰到的问题，但若是再加上比预期更高的环境温度，与热赓续的老化速率就会加速。 这激发了许多汽车制造商始料未及的一系列挑战，他们更需要普及汽车芯片的最高捏续使命温度，或者找出更好的纪律来监控汽车电子开导，以细目何时应该更换以及怎么冷却。

跟着自动驾驶汽车使用率的普及，以及汽车制造商使用更先进的节点芯片和芯片组，基板、导线和电介质越来越薄，这些挑战只会愈加严峻。 在汽车应用中，安全和安保与电路老化相皆集，需要完毕微妙的均衡。 然而，跟着亚利桑那州城等地禁受 5 纳米和 3 纳米芯片初始高等算法，这种均衡就变得愈加难以完毕。

参考文件

Weather Underground 2024 年的最高日气温取自菲尼克斯天港海外机场的逐日论说。

Patrick-Emil Zörner， CC BY-SA 3.0欧洲杯体育， via Wikimedia Commons.